Neurología
Un paso más cerca de descifrar las conexiones del cerebro
Investigadores de las universidades Johns Hopkins y Cambridge han publicado en Science el primer estudio que muestra todas las conexiones de las neuronas de un insecto.
El cerebro es un complejísimo sistema se procesamiento de información. En él, millones de neuronas se encuentran interconectadas para dar y recibir información tanto entre ellas como a otras partes del cuerpo. Actualmente conocemos ciertas regiones cerebrales encargadas de procesos específicos, como la visión, el olfato o el habla, y los científicos se encuentran tratando de comprender cómo la unión individual de las neuronas acaban creando aspectos como la conciencia propia. Para ello, se han utilizado desde cultivos celulares hasta modelos animales cada vez más complejos.
De menos a más
El conjunto de las uniones neuronales se denomina el conectoma, y se están invirtiendo millones de euros en tratar de descifrarlo. Actualmente se conoce el conectoma completo de Caenorhabditis elegans, un pequeño nemátodo de apenas 1mm de longitud, cuyo cuerpo agusanado contiene exactamente 302 neuronas. Aunque pueda parecer que 302 neuronas son muy pocas comparadas con las aproximadamente 80 mil millones que se estima que contiene el cerebro humano, hallar todas las conexiones entre ellas es extremadamente complejo. En total, el pequeño gusano C. elegans tiene 4887 conexiones químicas con una dirección específica y 1447 intersecciones multidireccionales cuando es hermafrodita y 5315 y 1755 respectivamente en el macho de la especie.
Esto permite conocer exactamente cómo va a reaccionar el pequeño gusano ante ciertos estímulos. Además, permite investigar y poner a punto nuevas técnicas para el estudio de modelos más complejos, como han mostrado científicos de las universidades de Cambridge y Johns Hopkins. En el artículo, publicado en Science, han mostrado el conectoma completo de una larva de mosca del vinagre, Drosophila melanogaster, un insecto con 3016 neuronas, casi 10 veces las contabilizadas en C. elegans. Más neuronas se traducen en más conexiones, y su relación no es lineal, si no que, al aumentar las neuronas, las conexiones también se multiplican. En total, el equipo ha contabilizado 548 000 conexiones, casi 100 veces más que en C. elegans.
Deshacer y rehacer un puzle
En la actualidad, cartografiar cerebros enteros es un proceso extremadamente laborioso, incluso con la tecnología moderna más vanguardista. Para obtener una imagen completa a nivel celular de un cerebro primero es necesario realizar cientos o miles de cortes en muestras de tejido. Estos cortes han de ser realizados con unos aparatos denominados criomicrotomos, que permiten cortar el cerebro a “rodajas” de pocos nanómetros, cientos de veces más finas que un cabello humano. Estas rodajas han de ser analizadas posteriormente con microscopios electrónicos para encontrar todas las conexiones entre las piezas. Una vez separadas todas las neuronas y anotadas con precisión sus posiciones, comienza el proceso de reconstruir, neurona a neurona, un mapa completo y preciso de todas las conexiones presentes en el cerebro.
Los investigadores eligieron descifrar el conectoma de larva de D. melanogaster porque, para ser un insecto, la especie comparte gran parte de su biología fundamental con los humanos. Debido a estas similitudes, es uno de los animales modelo más utilizados en investigación biomédica para estudiar desde enfermedades genéticas hasta trastornos neurológicos. Además, presenta comportamiento de aprendizaje complejo y la capacidad de toma de decisiones, lo que la convierte en un organismo modelo idóneo en ciertas investigaciones. Por último, a efectos prácticos, su cerebro es relativamente compacto, lo que ayuda a la hora de realizar los cortes, obtener imágenes y reconstruir sus circuitos en un plazo de tiempo razonable. Aun así, debido a las dificultades del proceso, 18 investigadores han necesitado más de una década para llevar a cabo el estudio.
Más cerebros
El siguiente paso es seguir cartografiando cerebros de animales cada vez más complejos, ya que las técnicas que han desarrollado en el laboratorio son aplicables a cualquier otro animal. Ahora bien, se calcula que el cerebro de un ratón es aproximadamente un millón de veces mayor que el de una cría de mosca del vinagre, lo que implica una cantidad inabarcable de conexiones neuronales. Por tanto, la posibilidad de cartografiar algo parecido a un cerebro humano parece poco probable en un futuro próximo, quizá ni siquiera lo lleguemos a ver nunca. Pero vale la pena destacar que las implicaciones del estudio trascienden el haber conseguido el conectoma del cerebro. Los descubrimientos realizados en la pequeñísima larva de mosca del vinagre podrán ayudar a contextualizar y resolver grandes preguntas de diferentes campos científicos, desde la neurología hasta el desarrollo de inteligencias artificiales.
QUE NO TE LA CUELEN
- Existen conectomas parciales del cerebro que permiten ahondar en el conocimiento sobre el procesamiento de la información. Son muy útiles para ciertos estudios, pero no son conectomas completos.
- Los organoides cerebrales son cultivos de neuronas realizados en laboratorio que muestran cierta organización. Los más avanzados incluso muestran ondas cerebrales sincronizadas entre las neuronas que los forman.
REFERENCIAS (MLA)
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